西洋坪大橋橋型方案設計與比選
2017-03-20
漳州西洋坪大橋位于勝利西路，橫跨九龍江，為西環(huán)城路的重要組成部分。漳州西洋坪大橋的建設對完善漳州中心城區(qū)道路網(wǎng)絡、減輕城市內(nèi)部交通壓力、連接九龍江兩岸交通、引導過境運輸和高校園區(qū)交通組織與疏散具有重要的作用。
本項目的建設，是完善中心城區(qū)道路路網(wǎng)建設的迫切需要；是連接九龍江兩岸交通，方便居民出行的迫切需要；是城市規(guī)模拓展與土地開發(fā)的迫切需要；是城市經(jīng)濟發(fā)展和交通迅速發(fā)展的需要；是加速旅游資源開發(fā)、全面實現(xiàn)小康社會的需要。在滿足交通組織、反映城市特色的前提下，設計中提出了三個橋型比選方案。
一、橋梁設計主要技術(shù)標準
道路等級：城市Ⅱ主干道。
計算行車速度：50km/h。
車道及橋?qū)挘褐鳂虬此能嚨涝O計，兩側(cè)設非機動車道、人行道，機非車道之間設綠化帶。
橋梁設計荷載標準：城-A。
橋梁設計洪水頻率：1/100。
通航標準：最高通航水位為8.3米（五年一遇水位，標高國家高程系統(tǒng)），內(nèi)河級航道，單孔雙向通航凈寬大于50米，單孔單向通航凈寬大于35米，通航凈高大于6米。
抗震設防標準：設計參數(shù)根據(jù)西洋坪大橋工程場地《地震安全性評價報告》取值。
橋面坡度及平曲線半徑：橋面橫向坡度1.5%，橋面縱坡≤2.5%；平曲線最小半徑不小于400m。
二、橋位自然條件和工程地質(zhì)情況
橋梁建設區(qū)氣候?qū)贃|南沿海亞熱帶季風區(qū)，屬海洋性氣候，氣候溫暖濕潤。無霜期330天左右，年平均日照在2000小時以上，年平均氣溫21.3℃，絕對最高氣溫41.2℃，極端最低氣溫-2.1℃，年平均降雨量1515mm，平均相對濕度82%。
本橋位于九龍江兩大支流之一的西溪，大橋北岸為漳州城區(qū)，自勝利西路至九龍江（西溪）均為城市未建成區(qū)，地勢平坦，海拔高程6.0m-6.5m，建有防洪堤。
橋位處巖土體類型較多，層位變化大。由上至下其強度漸高，大致分為四部分：上部為軟弱土和中軟土（包括填土、粉砂、粗砂、粘土、淤泥、粗砂、粉土、粗砂）組成，總厚度10-30m，承載力為45-180Kpa，力學強度低，工程地質(zhì)性能一般-不良；中上部為中硬土（包括礫砂、殘積砂質(zhì)粘性土、全風化巖）組成，一般厚度9-35m，分布較穩(wěn)定，力學強度稍高，承載力為235-350Kpa；中下部中硬-堅硬土（包括強風化巖層），局部其厚度巨大，地面載力400-500Kpa，力學強度隨深度增加而增大，工程地質(zhì)性能較好；下部為堅硬土（包括中、微風化巖層），其力學強度高，工程地質(zhì)性能良好。
三、橋型方案簡介
本橋位于漳州市區(qū)內(nèi)，為漳州市重點建設項目。作為城市橋梁，橋型設計應與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，并應展現(xiàn)出城市橋梁美觀大方的現(xiàn)代風格。主橋橋型設計應展示橋梁的技術(shù)先進性及景觀效果，使之成為城市標志性建筑；同時合理控制全橋總投資。設計方案的指導思想為主橋技術(shù)先進、造型美觀；引橋施工簡便，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟合理，線型簡潔、明快。
根據(jù)橋型設計指導思想，并結(jié)合工程特點和橋址區(qū)域水文、地質(zhì)等自然條件及標志性建筑的景觀要求等因素綜合考慮，通航孔主橋橋型方案選擇具體考慮如下幾條原則：
第一，全面貫徹“安全、實用、經(jīng)濟、美觀”的技術(shù)方針。
第二，在滿足橋梁使用功能和橋下通航要求的前提下，力求橋梁造型新穎，有個性，有特色，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，使之成為具有漳州特色、能提高城市品位的標志性建筑。
第三，選用設計、施工技術(shù)成熟，工期適中，易于質(zhì)量控制的橋型方案，確保橋梁品質(zhì)。
第四，在造價適中的情況下，選用結(jié)構(gòu)整體性好，承載潛力大的橋型，以確保橋梁的安全性、耐久性。
?。ㄒ唬┲谐惺戒摴芑炷凉皹?
本方案布置為主橋采用的跨徑為（40＋150＋40）m，全長230m中承式鋼管混凝土系桿拱橋。
兩邊跨為上承式，主跨為中承式。本橋橋面較寬，為減少拱肋片數(shù)，將拱肋設計在機非分隔帶的位置，邊跨與中跨的跨度比為0.27。主拱圈采用鋼管砼結(jié)構(gòu)，邊拱采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，主拱拱肋為鋼管混凝土弦桿和鋼管腹桿組成的桁架構(gòu)成。橋面設柔性吊桿、拱上立柱、鋼筋混凝土橫梁與縱梁，拱肋之間設置了水平橫撐以保證其橫向穩(wěn)定性。主拱矢跨比為1/5，邊孔為1/8。
拱橋立面造型豐富、多姿多彩，能突出主題而且給人們留下深刻的印象。在橋址開闊平坦的地形下，主橋采用飛燕式拱橋，南主墩布置在江中沙州北側(cè)，有利于基礎施工，主孔一跨跨越南側(cè)主航道，主跨所在部分水深較大，有利于主跨結(jié)構(gòu)構(gòu)件運輸及安裝。南、北邊拱分別位于淺水區(qū)及沙州上，方便施工。結(jié)合北岸的江濱公園主橋遠看氣勢如虹。該方案的布置兼顧適用、經(jīng)濟、安全美觀的原則，兼有連續(xù)橋型輕盈、線條流暢、與周圍環(huán)境融合。
?。ǘ╊A應力混凝土連續(xù)梁橋
橋型方案采用（50＋80＋80＋80＋50）m預應力混凝土連續(xù)梁，全長340m。
1、上部結(jié)構(gòu)。主梁采用三向預應力體系，梁內(nèi)縱向束布置了頂板、底板、腹板束?？v向束均采用12Фj15.24鋼絞線，標準強度Rby=1860Mpa。支點附近梁內(nèi)布置了腹板束及頂板束，腹板束均錨具于腹板下部。頂板束錨固于梁頂板的梗肋處，底板束布置邊、中跨跨中，中跨底板束錨固于底板鋸齒塊，兩端張拉；邊跨底板束一端錨固于梁的端隔墻處，另一端錨固于底板鋸齒塊上，于鋸齒塊端張拉。梁體采用C50混凝土。箱梁支點處梁高為4.8m，支點左右各30m范圍內(nèi)梁底利用二次拋物線將梁高由4.8m過渡至2.5m。單幅橋箱梁頂寬14.5m，懸臂長3.75m，頂板厚25cm。中支點處箱梁底寬7.0m，支點處底板厚為70cm，支點左右各30m范圍內(nèi)底板厚度由70cm過渡至25cm，箱梁腹板厚度為60-70cm。橫向預應力鋼絞線采用3－Фj15.24鋼絞線，標準強度Rby=1860Mpa。采用BM15－3和BM15－3P扁錨體系，一端錨固，一端張拉。豎向預應力鋼筋采用Ф32高強精軋螺紋鋼筋，標準強度Rby=750Mpa。
2、下部結(jié)構(gòu)。主橋主墩采用實腹式板墩，墩寬7.0m，墩厚3m，半幅橋主墩基礎采用6根長50mФ2.0m鉆孔灌注樁基礎，縱向雙排布置，樁底置于風化花崗巖中。承臺頂面置于常水位下0.5m。承臺截面尺寸為12×10.2m，厚度為3m。主橋邊墩形式和主橋相同，厚度為1.5m。采用鋼筋混凝土花瓶形墩，兩端倒圓的矩形截面，墩身寬3.0m，厚1.5m。承臺厚2.0m，半幅橋每墩基樁采用4根長40mФ1.5m鉆孔樁。
?。ㄈ┳藻^式懸索橋
橋型方案采用（40＋100＋100＋40）m自錨式懸索橋，全長280m。
1、上部結(jié)構(gòu)。主纜采用雙索面布置，兩端直接錨于梁端，中塔采用塔、梁、墩固結(jié)體系，邊塔采用塔梁固結(jié)、梁墩分離的結(jié)構(gòu)體系。主梁結(jié)構(gòu)等高度鋼箱梁，橋面寬33m，梁高1.8m，主塔布置在機非隔離帶上，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；截面為矩形截面，順橋向為4.0m，橫橋向為2.0m；主纜直接錨固在塔頂上；中塔高為23.8m，兩邊塔高為18m。本橋主纜采用高強鍍鋅鋼絲，分股錨固，采用墩頭錨。吊桿采用鋼絞線索，縱向間距8.0m，與懸索橋不同的是，自錨式懸索橋主梁剛度較大，吊桿的作用是協(xié)助主梁受力，這樣，可以通過矢跨比的調(diào)整來調(diào)節(jié)主梁內(nèi)水平力的大小，得到合理的受力狀態(tài)。本橋由主梁來承受活載，主纜來承受恒載。
2、下部構(gòu)造。本橋墩高較矮，塔墩采用鋼筋混凝土柱式墩，為六角形截面，墩身寬4m，厚4.0m。邊墩采用鋼筋混凝土板式墩，兩端倒角的矩形截面，墩身寬4.0m，厚1.5m，本橋目前缺少橋位處的地質(zhì)資料，下部結(jié)構(gòu)借鑒下游的戰(zhàn)備大橋和漳州大橋，基礎采用鉆孔樁，樁徑為2.5m，塔下墩為6根ф2.5m鉆孔樁，樁長約50m，邊墩設4根ф2.0m鉆孔樁，樁長約40m，塔墩承臺為兩端倒圓的矩形承臺。
四、投資估算及方案對比
西坪橋三種橋型方案的投資估算及方案對比見表1。
方案一中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑150m，矢高30m，拱矢度橋面以上約25m，由于鋼管拱直接采用斜拉橋中的斜拉索構(gòu)造，因此鋼管拱吊桿的索力調(diào)整更為主動，無需壓重，與另外兩個方案相比，中承式鋼管混凝土拱橋僅在與橋面交叉點和吊索吊點處設置橫梁來保證橋梁的整體性和梁肋之間的傳力，這樣使得結(jié)構(gòu)受力更為簡單清晰，外觀更為簡潔明快。
采用中承式拱橋，外形美觀，與環(huán)境起到了很好的協(xié)調(diào)作用，利用鋼管和混凝土二者結(jié)合的受力特點，充分發(fā)揮了鋼管混凝土的受壓性能，符合拱橋的受力特性，結(jié)構(gòu)新穎，受力合理。而且鋼管混凝土拱橋是一種新興的橋型，包含了許多新的設計理論和施工工藝，解決了拱橋高強度材料應用和施工的兩大難題，鋼管混凝土拱橋是一個在結(jié)構(gòu)受力和美學效果上結(jié)合較好的一個方案。因此，將第一橋型方案作為推薦方案。
參考文獻：
1、CJJ 11-93 城市橋梁設計準則[S].
2、張師定,橋梁建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與設計技巧[M],人民交通出版社,2002.
3、楊金式,唐虎翔.景觀橋梁設計[M],同濟大學出版社,2003.
4、GJJ37-90中華人民共和國行業(yè)標準《城市道路設計規(guī)范》[S].
?。ㄗ髡邌挝唬豪顕?，莆田市秀嶼區(qū)建設局；袁安華，福州市規(guī)劃設計研究院）
